JP2006176094A - 伝達比可変装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロックアームの脱離を防止して高い信頼性を確保することができる伝達比可変装置を提供すること。
【解決手段】ロックアーム３１は、ハウジング１２がその最大速度、即ち運転者による操舵速度ωsの限界値に相当する所定の速度ω０とギヤボックスのギヤ比αとに基づく速度ω１で回転した場合に、その遠心力により係合爪３５がロックホルダ３２の係合溝３３から脱離しないように、そのカウンタバランサ部３１ｂの重さＷが設定されてなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、入力軸と出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック機構を備えた伝達比可変装置に関するものである。

従来、モータを駆動源として、ステアリング操作に基づく入力軸の回転にモータ駆動に基づく回転を上乗せして出力軸に伝達する伝達比可変装置があり、このような伝達比可変装置には、入力軸と出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック機構が設けられたものがある。

例えば、特許文献１に記載の伝達比可変装置は、入力軸とともに一体回転するハウジングと、該ハウジング内に回転可能に軸支されたモータ軸と、ハウジングに固定されモータ軸及び出力軸に連結されることによりモータ軸の回転を減速するとともにその回転を入力軸の回転に上乗せして出力軸に伝達する差動機構とを備えている。この伝達比可変装置において、ロック機構は、ハウジング内に回動可能に軸支されたロックアームと、モータ軸に設けられたロックホルダとにより構成されている。そして、ロックアームの回動により、その先端に形成された係合爪がロックホルダの被係合部（係合溝）に係合し、この係合によってモータ軸とハウジングとが連結されることにより、入力軸と出力軸とが相対回転不能にロックされるようになっている。
特開２００３−３２０９４３号公報 特表２００４−５０４２０７号公報

ところが、上記従来の構成では、ハウジングの回転に伴い発生する遠心力により、ロックアームの係合爪とロックホルダの被係合部との係合が瞬間に緩む（部分的脱離）可能性があり、これにより操舵フィーリングの悪化を招くおそれがある。特に、ステアリング装置（車両用操舵装置）には、ステアリングシャフトの途中に減速機構が設けられたものがあり、このようなステアリング装置では、伝達比可変機構の入力軸たるステアリングシャフトは、ステアリングホイール（ステアリング）の回転の数倍（例えば約１５倍程度）の速度で回転することになる（特許文献２参照）。そのため、こうしたステアリング装置においては、上記問題がより顕著なものとなり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロックアームの脱離を防止して高い信頼性を確保することができる伝達比可変装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ステアリング操作に伴い回転する入力軸に固定され該入力軸とともに一体回転するハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に軸支されたモータ軸と、前記ハウジングに固定され前記モータ軸及び出力軸に連結されることにより前記モータ軸の回転を減速するとともにその回転を前記入力軸の回転に上乗せして前記出力軸に伝達する差動機構と、前記モータ軸と前記ハウジングとを連結することにより前記入力軸と出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記ハウジングに設けられたロックアームと、前記モータ軸に設けられ前記ロックアームが係合される被係合部を有するロックホルダとを備えた伝達比可変装置であって、前記ロックアームは、前記ロックホルダの外側においてハウジング内に回動可能に軸支され、該回動により前記ロックホルダの被係合部に係合する係合爪とその回動軸を挟んで該係合爪と対向するカウンタバランサとを有し、該カウンタバランサは、前記ハウジングが所定速度で回転した場合に、その遠心力により前記係合爪が被係合部から脱離しない重さに設定されてなること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記入力軸は、一端にステアリングホイールが固定される第１軸と前記ハウジングに固定された第２軸とが減速機構を介して連結されてなり、前記所定速度は、前記ステアリングホイールの所定の操舵速度と前記減速機構のギヤ比とに基づく速度であること、を要旨とする。

上記各構成によれば、ハウジングが高速回転した場合であっても、その遠心力によって係合爪がロックホルダの被係合部から脱離することを防止することができ、その結果、ロックアームの脱離を防止して高い信頼性を確保することができる。

本発明によれば、ロックアームの脱離を防止して高い信頼性を確保することが可能な伝達比可変装置を提供することができる。

以下、本発明をステアリングシャフトの途中に減速機構が設けられた車両用操舵装置（ステアリング装置）用の伝達比可変装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態のステアリング装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリングホイール（ステアリング）２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により操舵輪６の舵角、即ちタイヤ角が可変することにより、車両の進行方向が変更されるようになっている。

また、ステアリング装置１は、モータ７を駆動源としてステアリングホイール２の舵角（操舵角）に対する操舵輪６の舵角（タイヤ角）の比率、即ち伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８を備えている。

本実施形態では、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト９とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１０とからなり、これら第１シャフト９及び第２シャフト１０は、伝達比可変装置８を介して連結されている。尚、本実施形態の第１シャフト９は、ステアリング側シャフト９ａとハウジング側シャフト９ｂとからなり、これら各シャフトは、後述する減速機構としてのギヤボックス４３を介して連結されている。そして、ステアリング側シャフト９ａの回転は、このギヤボックス４３により増速されてハウジング側シャフト９ｂに伝達されるようになっている。

図２に示すように、伝達比可変装置８は、駆動源としてのモータ７と、差動機構としてのハーモニックドライブ１１とを備えており、第１シャフト９の回転を第２シャフト１０に伝達するとともにモータ７の回転を減速して第２シャフト１０に伝達する。そして、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転に、モータ駆動に基づく回転を上乗せして第２シャフト１０に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これにより操舵角に対する操舵輪６の伝達比を可変させるようになっている。

詳述すると、モータ７を収容するハウジング１２は、略有底筒状に形成されており、モータ７は、そのモータシャフト７ａとハウジング１２とが同軸になるように同ハウジング１２内に固定されている。また、ハウジング１２の上壁部１２ａには、同ハウジング１２と同軸となる位置に筒状の嵌合部１３が設けられており、同嵌合部１３は、その軸方向外側（図中上方向）に向かって延設されている。そして、ハウジング１２は、その嵌合部１３と第１シャフト９の一端とが嵌合されることにより同第１シャフト９に固定され、これにより、第１シャフト９とともに一体回転するようになっている。

一方、ハーモニックドライブ１１は、同軸に並置されたステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２と、これらの各ギヤと噛み合うように同軸配置された筒状のフレキシブルギヤ２３とを備えている。ステータギヤ２１は、ハウジング１２と同軸となるように同ハウジング１２に固定されており、ドリブンギヤ２２は、連結部材２５を介して第２シャフト１０と同軸に連結されている。ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２には、互いに異なる歯数が設定されており、フレキシブルギヤ２３は、楕円状に撓められた状態でこれら各ギヤの内側に配置されることにより、その外歯が該各ギヤの内歯とそれぞれ部分的に噛合されている。そして、ハウジング１２とともにステータギヤ２１が回転し、そのステータギヤ２１の回転がフレキシブルギヤ２３を介してドリブンギヤ２２に伝達されることにより、ステアリング操作に伴う第１シャフト９の回転が第２シャフト１０に伝達されるようになっている。

また、フレキシブルギヤ２３の内側には、上記ステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２とともにハーモニックドライブ１１を構成する波動発生器２７が配置されている。波動発生器２７は、モータシャフト７ａに連結されており、モータシャフト７ａの回転に伴いフレキシブルギヤ２３の内側を回転することにより、上記撓められたフレキシブルギヤ２３の楕円形状、即ちステータギヤ２１及びドリブンギヤ２２との噛合部を回転させる。そして、ステータギヤ２１とドリブンギヤ２２と間の歯数差に基づいて、ドリブンギヤ２２が波動発生器２７の回転と逆方向に回転することにより、モータシャフト７ａの回転が減速されて第２シャフト１０に伝達されるようになっている。尚、本実施形態の伝達比可変装置８では、ハウジング１２の上壁部１２ａにスパイラルケーブル装置２４が設けられている。そして、このスパイラルケーブル装置２４により、所定の回転範囲（許容回転範囲）においてモータ７とＥＣＵ２８、並びに後述するロック機構３０のソレノイド３７とＥＣＵ２８とが電気的に接続されるようになっている。

また、本実施形態の伝達比可変装置８は、入力軸である第１シャフト９と出力軸である第２シャフト１０とを相対回転不能にロック可能なロック機構３０を備えている。詳述すると、ロック機構３０は、ハウジング１２に設けられたロックアーム３１と、モータシャフト７ａの一端に固定され該モータシャフト７ａとともに一体回転するロックホルダ３２とを備えて構成されている。

図３に示すように、本実施形態では、ロックホルダ３２は環状に形成され、モータシャフト７ａと同軸に固定されている。そして、その周面には、ロックアーム３１が係合される被係合部として、その厚み方向に延びる複数の係合溝３３が凹設されている。一方、図２及び図３に示すように、ロックアーム３１は、ロックホルダ３２の外側において、回動可能にハウジング１２内に軸支されている。具体的には、ハウジング１２（詳しくはハウジング１２に固定されたモータハウジング７ｂの一端）には、モータシャフト７ａの軸線方向に沿って延びる回動軸３４が設けられており、ロックアーム３１は、この回動軸３４により、ロックホルダ３２と対向する位置（ロックホルダ３２の回転平面と略同一の平面上）において回動可能に軸支されている。本実施形態では、ロックアーム３１の一端（フック部３１ａ）には、ロックホルダ３２の周面に向かって突出する係合爪３５が設けられている。そして、ロックアーム３１は、その回動により、この係合爪３５がロックホルダ３２側の係合溝３３と係合するようになっている。

本実施形態のロック機構３０では、ロックアーム３１は、コイルバネ３６の弾性力により、そのフック部３１ａがロックホルダ３２側に向かって回動するように付勢されている。尚、本実施形態では、回動軸３４に遊嵌された捻りコイルバネを用いるが、説明の便宜のため、図中では、その機能のみを概念的に図示するものとする。そして、ロックアーム３１の他端、即ち回動軸３４を挟んで上記係合爪３５と対向する側の端部（カウンタバランサ部３１ｂ）には、ロック機構３０の駆動源であるソレノイド３７のプランジャ３８が連結されている。具体的には、ソレノイド３７は、ロックホルダ３２の外側において、そのプランジャ３８がモータシャフト７ａの軸線方向と略直交する方向に突出するように配設されており、同プランジャ３８の先端は、ロックアーム３１のカウンタバランサ部３１ｂと回動可能に連結されている。本実施形態では、プランジャ３８の基端部が収容されるソレノイド本体３９の底部には、コイルバネ４０が配設されており、プランジャ３８は、このコイルバネ４０の弾性力により、その先端がソレノイド本体３９から突出する方向に付勢されている。そして、本実施形態のソレノイド３７は、その励磁コイル４１への通電がなされる、即ちオン状態となることにより、コイルバネ４０の弾性力に抗してプランジャ３８をソレノイド本体３９の内部へと引き込むようになっている。

即ち、本実施形態のロック機構３０では、非ロック時には、ソレノイド３７をオン状態とし、ロックアーム３１のカウンタバランサ部３１ｂに連結されたプランジャ３８を引き込むことにより、そのフック部３１ａがロックホルダ３２から離間する方向にロックアーム３１を回動させる。また、ロック時には、ソレノイド３７をオフ状態とすることにより、コイルバネ３６の弾性力によって、そのフック部３１ａがロックホルダ３２に近接する方向にロックアーム３１を回動させる。そして、この回動によって、フック部３１ａ先端の係合爪３５をロックホルダ３２側の係合溝３３と係合させることにより、ロックアーム３１が設けられたハウジング１２とロックホルダ３２が設けられたモータシャフト７ａとを相対回転不能に連結し、これにより、第１シャフト９と第２シャフト１０とを相対回転不能にロックするようになっている。

次に、本実施形態のロック機構の特徴的構成及びその効果について説明する。
上述のように、図１に示すごとく、本実施形態のステアリング装置１では、第１シャフト９は、ステアリング２が固定される第１軸としてのステアリング側シャフト９ａと伝達比可変装置８のハウジング１２に固定される第２軸としてのハウジング側シャフト９ｂとにより構成されている。そして、これらステアリング側シャフト９ａとハウジング側シャフト９ｂとの間には、ステアリング側シャフト９ａの回転を増速してハウジング側シャフト９ｂに伝達するギヤボックス４３が設けられている。

即ち、図４に示すように、本実施形態のステアリング装置１では、伝達比可変装置８のハウジング１２は、ステアリング２の操舵速度ωsにギヤボックス４３の所定のギヤ比α（例えば、１３．６７）を乗じた速度ωhで回転する。従って、運転者による操舵速度ωsの限界値を１６ｒａｄ／秒（緊急回避時における急操舵の想定値）とすれば、ハウジング１２及び同ハウジング１２に設けられたロックアーム３１は、最大約２０８９ｒｐｍで回転することになる。

この点を踏まえ、本実施形態のロック機構３０では、ロックアーム３１は、ハウジング１２がその最大速度、即ち運転者による操舵速度ωsの限界値に相当する所定の速度ω０とギヤボックス４３のギヤ比αとに基づく所定速度としての速度ω１で回転した場合に、その遠心力により係合爪３５がロックホルダ３２の係合溝３３から脱離しないように、そのカウンタバランサ部３１ｂの重さＷが設定されている。

即ち、ハウジング１２の回転に伴い、ロックアーム３１には、そのフック部３１ａ及びカウンタバランサ部３１ｂにそれぞれ遠心力Ｆ０，Ｆ１が作用する。そして、フック部３１ａに作用する遠心力Ｆ０は、コイルバネ３６の弾性力Ｆｋに抗して、係合爪３５を係合溝３３内から脱離する方向にロックアーム３１を回動させる力となり、カウンタバランサ部３１ｂに作用する遠心力Ｆ１は、係合爪３５を係合溝３３内に留めおく力となる。従って、コイルバネ３６の弾性力Ｆｋの絶対値とカウンタバランサ部３１ｂに作用する遠心力Ｆ１の絶対値との和がフック部３１ａに作用する遠心力Ｆ０の絶対値よりも大きい（|Ｆｋ|＋|Ｆ１|＞|Ｆ０|）ことが、ハウジング１２の回転に伴う遠心力により係合爪３５がロックホルダ３２の係合溝３３から脱離しないための条件となる。そして、本実施形態では、ロックアーム３１は、運転者による操舵速度ωsの限界値に相当する所定の速度ω０とギヤボックス４３のギヤ比αとに基づく速度ω１でハウジング１２が回転した場合に、上記の条件を満たすように、そのカウンタバランサ部３１ｂの重さＷが設定されている。その結果、ハウジング１２が上記最大速度で回転した場合であっても、その遠心力によって係合爪３５がロックホルダ３２の係合溝３３から脱離しないようになっている。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、特に言及しなかったが、ステアリング側シャフト９ａとハウジング側シャフト９ｂとの間の増速用のギヤボックス４３に加え、第２シャフト１０とラックアンドピニオン機構４との間に減速用のギヤボックスを設けたステアリング装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、ステアリング側シャフト９ａとハウジング側シャフト９ｂとの間に増速用のギヤボックス４３を設けたステアリング装置１に具体化した。しかし、これに限らず、このようなギヤボックスの設けられていないステアリング装置に具体化してもよく、その場合、所定速度は、操舵速度ωsの限界値に相当する所定の速度ω０とすればよい。

ステアリング装置の概略構成図。 伝達比可変装置の部分断面図。 ロック機構の概略構成を示す模式図。 ロックアームに作用する力のバランスを示す説明図。

符号の説明

１…ステアリング装置、２…ステアリングホイール（ステアリング）、３…ステアリングシャフト、６…操舵輪、７…モータ、７ａ…モータシャフト、８…伝達比可変装置、９…第１シャフト、９ａ…ステアリング側シャフト、９ｂ…ハウジング側シャフト、１０…第２シャフト、１１…ハーモニックドライブ（差動機構）、１２…ハウジング、２８…ＥＣＵ、３０…ロック機構、３１…ロックアーム、３１ａ…フック部、３１ｂ…カウンタバランサ部、３２…ロックホルダ、３３…係合溝、３４…回動軸、３５…係合爪、３６…コイルバネ、４３…ギヤボックス（減速機構）、α…ギヤ比、ωs…操舵速度、ωh，ω０，ω１…速度、Ｆ０，Ｆ１…遠心力、Ｆｋ…弾性力、Ｗ…重さ。

Claims (2)

1. ステアリング操作に伴い回転する入力軸に固定され該入力軸とともに一体回転するハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に軸支されたモータ軸と、前記ハウジングに固定され前記モータ軸及び出力軸に連結されることにより前記モータ軸の回転を減速するとともにその回転を前記入力軸の回転に上乗せして前記出力軸に伝達する差動機構と、前記モータ軸と前記ハウジングとを連結することにより前記入力軸と出力軸とを相対回転不能にロック可能なロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記ハウジングに設けられたロックアームと、前記モータ軸に設けられ前記ロックアームが係合される被係合部を有するロックホルダとを備えた伝達比可変装置であって、
   前記ロックアームは、前記ロックホルダの外側においてハウジング内に回動可能に軸支され、該回動により前記ロックホルダの被係合部に係合する係合爪とその回動軸を挟んで該係合爪と対向するカウンタバランサとを有し、該カウンタバランサは、前記ハウジングが所定速度で回転した場合に、その遠心力により前記係合爪が被係合部から脱離しない重さに設定されてなること、を特徴とする伝達比可変装置。
2. 請求項１に記載の伝達比可変装置において、
   前記入力軸は、一端にステアリングホイールが固定される第１軸と前記ハウジングに固定された第２軸とが減速機構を介して連結されてなり、
   前記所定速度は、前記ステアリングホイールの所定の操舵速度と前記減速機構のギヤ比とに基づく速度であること、を特徴とする伝達比可変装置。

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